c++的学习之路:25、map与set

摘要

本文中说一下map与set的使用

目录

摘要

一、关联式容器

二、键值对

三、map

1、map的介绍

2、map的使用

1、map的模板参数说明:

2、map的构造

3、map的迭代器

4、map的容量与元素访问

5、map中元素的修改

6、代码使用

​编辑

三、总结

四、set

1、set的介绍

2、set的使用

1、set的模板参数列表

2、set的构造

3、set的迭代器

4、set的容量

5、set修改操作

6、代码使用

五、multimap

1、multimap的介绍

2、multimap的使用

六、multiset

1、multiset的介绍

2、multiset的使用

七、代码

八、思维导图


一、关联式容器

关联式容器是C++标准模板库(STL)中的一种容器类型,与序列式容器(如vector、list、deque等)不同,关联式容器内部元素的存储和访问是通过关键字(key)进行有序存储的。关联式容器中的元素都是键值对(key,value)结构,并且元素会根据键值按照某种确定的规则自动排序。例如,set、map、multiset和multimap都是关联式容器。

关联式容器的主要特性包括:

1、 有序性:关联式容器中的元素按照键值进行排序。这使得关联式容器在数据检索时比序列式容器效率更高。

2、唯一性:在set和map等容器中,键值是唯一的,这保证了每个元素都能被唯一标识。

3、高效的查找:关联式容器通常使用平衡查找树(如红黑树)或哈希表来实现,这使得它们能在对数时间或常数时间内完成查找操作。

关联式容器的主要操作包括插入、删除和查找等。例如,在unordered_set容器中,可以使用insert方法插入元素,使用find方法查找元素,使用erase方法删除元素。

关联式容器在编程中有很多应用,特别是在需要快速查找、删除和插入元素的场景中。例如,在处理大量数据时,可以使用关联式容器来存储和检索数据,以提高程序的效率。

请注意,关联式容器的选择和使用应根据具体需求进行,不同的关联式容器在性能、功能和用法上可能有所差异。因此,在使用关联式容器时,应仔细考虑其特性和适用场景。

二、键值对

用来表示具有一一对应关系的一种结构,该结构中一般只包含两个成员变量key和value,key代表键值,value表示与key对应的信息。比如:现在要建立一个英汉互译的字典,那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义,而且,英文单词与其中文含义是一一对应的关系,即通过该应该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义,例如:苹果是apple、香蕉是banana

STL中关于键值对的定义

template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
T1 first;
T2 second;
pair(): first(T1()), second(T2())
{}
pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
{}
};

三、map

1、map的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方六点

1. map是关联容器,它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元
素。

2. 在map中,键值key通常用于排序和惟一地标识元素,而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同,并且在map的内部,key与value通过成员类型value_type绑定在一起,为其取别名称为pair:typedef pair<const key, T> value_type;

3. 在内部,map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。

4. map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢,但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时,可以得到一个有序的序列)。

5. map支持下标访问符,即在[]中放入key,就可以找到与key对应的value。

6. map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说:平衡二叉搜索树(红黑树))。

2、map的使用

1、map的模板参数说明:

key: 键值对中key的类型

T: 键值对中value的类型

Compare: 比较器的类型,map中的元素是按照key来比较的,缺省情况下按照小于来比较,一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递,如果无法比较时(自定义类型),需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)

Alloc:通过空间配置器来申请底层空间,不需要用户传递,除非用户不想使用标准库提供的
空间配置器

2、map的构造

函数声明功能介绍
map()构造一个空的map

3、map的迭代器

函数声明功能介绍
begin()和end()begin:首元素的位置,end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()与begin和end意义相同,但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()反向迭代器,rbegin在end位置,rend在begin位置,其++和--操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend()与rbegin和rend位置相同,操作相同,但crbegin和crend所指向的元素不能修改

4、map的容量与元素访问

函数声明功能简介
bool empty ( ) const检测map中的元素是否为空,是返回true,否则返回false
size_type size() const返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (constkey_type& k)返回去key对应的value

5、map中元素的修改

函数声明功能简介
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )在map中插入键值对x,注意x是一个键值对,返回值也是键值对:iterator代表新插入元素的位置,bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )删除键值为x的元素
void erase ( iterator first,iterator last )删除[first, last)区间中的元素
void swap (map<Key,T,Compare,Allocator>&
mp )
交换两个map中的元素
void clear ( )将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x)在map中插入key为x的元素,找到返回该元素的位置的迭代器,否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const在map中插入key为x的元素,找到返回该元素的位置的const迭代器,否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const返回key为x的键值在map中的个数,注意map中key是唯一的,因此该函数的返回值要么为0,要么为1,因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

6、代码使用

下方代码中operator[]的原理是:用<key, T()>构造一个键值对,然后调用insert()函数将该键值对插入到map中, 如果key已经存在,插入失败,insert函数返回该key所在位置的迭代器,如果key不存在,插入成功,insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器,operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回 ,测试结果如图。

void TestMap()
{map<string, string> m;m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));//构造的时候直接利用pair进行插入m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));//利用make_pair函数进行插入m["apple"] = "苹果";//插入+修改  最常用的cout << m.size() << endl;for (auto& e : m)cout << e.first << "--->" << e.second << endl;cout << endl;auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));if (ret.second)cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;elsecout << "键值为peach的元素已经存在:" << ret.first->first << "--->"<< ret.first->second << " 插入失败" << endl;m.erase("apple");if (1 == m.count("apple"))cout << "apple还在" << endl;elsecout << "apple被吃了" << endl;
}

三、总结

这里是有下面6点:

1、map中的的元素是键值对

2、map中的key是唯一的,并且不能修改

3、默认按照小于的方式对key进行比较

4、map中的元素如果用迭代器去遍历,可以得到一个有序的序列

5、map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高$O(log_2 N)$

6、支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。 

四、set

1、set的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点

1、set是按照一定次序存储元素的容器

2、在set中,元素的value也标识它(value就是key,类型为T),并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const),但是可以从容器中插入或删除它们。

3、在内部,set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行
排序。

4、set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢,但它们允许根据顺序对
子集进行直接迭代。

5、set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

 有下面8点需要注意注意:

1、与map/multimap不同,map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>,set中只放value,但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。

2、set中插入元素时,只需要插入value即可,不需要构造键值对。

3、set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。

4、使用set的迭代器遍历set中的元素,可以得到有序序列

5、set中的元素默认按照小于来比较

6、set中查找某个元素,时间复杂度为:$log_2 n$

7、set中的元素不允许修改

8、set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

2、set的使用

1、set的模板参数列表

T: set中存放元素的类型,实际在底层存储<value, value>的键值对。

Compare:set中元素默认按照小于来比较

Alloc:set中元素空间的管理方式,使用STL提供的空间配置器管理

2、set的构造

函数声明功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator&= Allocator() );构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& =Allocator() );用[first,last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);set的拷贝构造

3、set的迭代器

函数声明功能介绍
iterator begin()返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()返回set第一个元素的反向迭代器,即end
reverse_iterator rend()返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器,即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const返回set第一个元素的反向const迭代器,即cend
const_reverse_iterator crend() const返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器,即crbegin

4、set的容量

函数声明功能介绍
bool empty ( ) const检测set是否为空,空返回true,否则返回true
size_type size() const返回set中有效元素的个数

5、set修改操作

函数声明功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )在set中插入元素x,实际插入的是<x, x>构成的键值对,如果插入成功,返回<该元素在set中的位置,true>,如果插入失败,说明x在set中已经存在,返回<x在set中的位置,false>
void erase ( iterator position )删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )删除set中值为x的元素,返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first,iterator last )删除set中[first, last)区间中的元素
void swap (set<Key,Compare,Allocator>&st );交换set中的元素
void clear ( )将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const返回set中值为x的元素的个数

6、代码使用

下面代码就是创建个数组,然后进行插入测试,因为set具有去重与排序的功能,如下图测试结果可以看出来

void TestSet()
{int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };set<int> s;for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)s.insert(arr[i]);cout << s.size() << endl;for (auto& e : s)cout << e << " ";cout << endl;for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)cout << *it << " ";cout << endl;cout << s.count(3) << endl;
}

五、multimap

1、multimap的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点

1. Multimaps是关联式容器,它按照特定的顺序,存储由key和value映射成的键值对<key,value>,其中多个键值对之间的key是可以重复的。

2. 在multimap中,通常按照key排序和惟一地标识元素,而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同,通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起,value_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value_type;

3. 在内部,multimap中的元素总是通过其内部比较对象,按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。

4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢,但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。

5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意:multimap和map的唯一不同就是:map中的key是唯一的,而multimap中key是可以重复的。

2、multimap的使用

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的,这里就不具体演示了

注意:

1. multimap中的key是可以重复的。

2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较

3. multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?)。

4. 使用时与map包含的头文件相同

六、multiset

1、multiset的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点:

1. multiset是按照特定顺序存储元素的容器,其中元素是可以重复的。

2. 在multiset中,元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对,因此value本身就是key,key就是value,类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的),但可以从容器中插入或删除。

3. 在内部,multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则
进行排序。

4. multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢,但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。

5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
 

2、multiset的使用

multiset中的接口可以参考set,功能都是类似的,这里就不具体演示了

但是需要注意下面七点:

1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对

2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可

3. 与set的区别是,multiset中的元素可以重复,set是中value是唯一的

4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历,可以得到有序的序列

5. multiset中的元素不能修改

6. 在multiset中找某个元素,时间复杂度为$O(log_2 N)$

7. multiset的作用:可以对元素进行排序

七、代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <map>
#include <set>
using namespace std;
void TestMap()
{map<string, string> m;m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));//构造的时候直接利用pair进行插入m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));//利用make_pair函数进行插入m["apple"] = "苹果";//插入+修改  最常用的cout << m.size() << endl;for (auto& e : m)cout << e.first << "--->" << e.second << endl;cout << endl;auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));if (ret.second)cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;elsecout << "键值为peach的元素已经存在:" << ret.first->first << "--->"<< ret.first->second << " 插入失败" << endl;m.erase("apple");if (1 == m.count("apple"))cout << "apple还在" << endl;elsecout << "apple被吃了" << endl;
}void TestSet()
{int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };set<int> s;for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)s.insert(arr[i]);cout << s.size() << endl;for (auto& e : s)cout << e << " ";cout << endl;for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)cout << *it << " ";cout << endl;cout << s.count(3) << endl;
}int main()
{//TestMap();TestSet();return 0;
}

八、思维导图

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